Filosofia de la física tèrmica i estadística
La filosofia de física tèrmica i estadística és la part de la filosofia de la física encarregada de l'interpretació dels postulats de la termodinàmica clàssica, mecànica estadística i atres teories relacionades. Els seus enfocaments centrals inclouen l'estudi de l'entropía, i la seua relació en la segona llei de la termodinàmica. Estudia també la interdependencia entre la mecànica estadística en un possible element d'irreversibilitat del temps i la teòrica relació entre la mecànica estadística i la flecha del temps. Moltes d'estes reflexions se centren en el segon principi de la termodinàmica i experiments mentals com el dimoni de Maxwell i el trinquet de Feynman (o trinquet browniano).
Termodinàmica
[editar | editar còdic]La termodinàmica estudia el comportament macroscòpic de sistemes físics determinats baix l'influència de l'intercanvi de treball i calor en atres sistemes o en el seu entorn. La termodinàmica i la mecànica estadística tenen variants comunes la qual cosa és important perque planteja qüestions filosòfiques sobre cóm s'utilisa el método postulatorio en la ciència i com deuen ser interpretats dits senyes postulatorios.
En el cor de la termodinàmica contemporànea està l'idea del equilibri termodinàmic, un estat en que les propietats no macroscòpiques del sistema canvien en el temps. En versions ortodoxes de la termodinàmica, certes propietats com temperatura i entropía estan definides solament per estats d'equilibri. L'idea de l'existència d'estats d'equilibri termodinàmic ha segut l'idea fonamental (aun cuando tácito) de la termodinàmica. Recentment se li ha denominat "la primera llei de termodinàmica negativa".[1][2]
Lleis de la termodinàmica
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Principis de la termodinàmica.
La termodinàmica a sovint ha segut descrita com una "teoria de principi", en la que unixques quantes generalisacions empíriques són menyspreades, i d'estos es deduïx el restant de la teoria. Segons esta perspectiva, hi ha una correspondència forta entre tres fets empírics i les primeres tres lleis de termodinàmica. Existix una quarta llei de reciprocitat.
Filosofia de la llei zero
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Principi zero de la termodinàmica.
En la física, és un fet empíric que, si un sistema A esta en equilibri tèrmic en el sistema B, i el sistema B esta en equilibri tèrmic en el sistema C, llavors el sistema A i el sistema C esta també en equilibri tèrmic. Per això, l'equilibri tèrmic entre sistemes és una relació d'equivalència, i això és el fonament de la llei zero de la termodinàmica. Segons Max Planck, qui va escriure un llibre de text influent sobre termodinàmica, i molts atres autors, este principi és empíric del que es pot deduir que la "funció temperatura" és la base del concepte quotidià de calor.
Filosòficament, l'interpretació mecànica del principi zero de la termodinàmica produïx resultats inconclusos o, en el millor dels casos, equilibris aproximats.[3] En la teoria de Carathéodory (1909), es postula que existixen sistemes "permeables només a la calor", encara que la calor no està explícitament definit.[4] Este postulat és un postulat físic existencial. No obstant, no aclarix si solament hi ha un tipo de calor. Este pensament establix com a condició que sempre que cada u dels sistemes S1 i S2 alcancen a l'equilibri independentment en un tercer sistema S3 en condicions idèntiques, els sistemes S1 i S2 estan en equilibri mutu. És la funció d'esta afirmació la que proporciona no només l'existència de transferència d'energia que no siga per treball o transferència de matèria, sino també per a proveir que tal transferència siga única en la sentit que només hi ha un tipo de sistema, i un tipo de susodicha transferència.
Filosofia de la Primera llei
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Primer principi de la termodinàmica.
La Primera Llei de Termodinàmica aclarix que el nivell d'energia intern d'un sistema aïllat és constant. En el context d'un sistema no aïllat, esta llei postula que quan hi ha un canvi d'energia en la transició d'un estat d'equilibri a un atre, dit canvi és equivalent a la transferència de calor al sistema menys el treball fet pel sistema. Per això, l'energia absorbida menys l'energia perduda és igual al canvi d'energia i l'energia no pot ser creada ni destruïda.
La versió clàssica de la Primera Llei com es mostra dalt deu ser modificada: l'energia total de l'univers, incloent l'equivalent d'energia de tots els bariones, bosones, i leptones en l'univers, és constant en el temps. Basat en això, encara si l'univers tinguera una densitat d'energia neta nula, és una observació empírica, no una restricció imposta per la primera llei de la termodinàmica.
Atres principis físics de la Primera Llei:
- Equivalència entre massa i energia que és conseqüència de la relativitat especial (resumit per a partícules en descans per l'equació I=mc^2.);
- Modele estàndar de física de partícules;
- Aparició espontànea de partícules elementals fora del buit ([vacuum vacuum]), com és explicat per la teoria quàntica, i la decadència igualment espontànea de partícules aïllades i la cancelació mútua de partícules i antipartículas
Filosofia de la Segona llei de la termodinàmica
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Segon principi de la termodinàmica.
La Segona Llei de la Termodinàmica diu que les diferències de temperatura entre sistemes en contacte l'un en l'atre tendixen a igualar-se, pero la pèrdua de calor ocorre en la forma d'entropía.[5] Esta llei seguix solament estadístiques perque filosòficament, tots els sistemes físics estan subjectes a poder obtindre energia del moviment tèrmic dels àtoms que ho componen, llavors el sistema ocuparà "estats termodinàmics" nous en proporcions iguals a les prèviament existents.
En poques paraules, les qüestions filosòfiques relacionades tenen que vore en el fet de que l'image del món proposta per la Física clàssica (i d'igual modo teories posteriors com la quàntica i la relativitat) és reversible respecte al temps: açò sembla sugerir que el temps és una variable no fonamental, a pesar de la nostra intuïció, la qual no seria més que una ilusió. Açò contrasta en el fet de que la 2ª llei de la termodinàmica és la que descriu tots els processos aparentment irreversibles de l'univers. Tal irreversibilitat, a la seua volta, sembla otorgar-li un rol més central al concepte de temps.
L'intent de la Mecànica Estadística de reconciliar els fenomens macroscòpics de la termodinàmica en la Física clàssica és per tant un proyecte reduccionista que preservaria l'image clàssica en la que el temps és secundari i l'irreversibilitat només aparent. L'explicació estadística de Boltzmann és el cas més paradigmàtic, encara que esta afronta vàries objeccions, que han segut discutides des de finals de el XIX.
Una de les qüestions centrals és cóm interpretar les provabilitats que apareixen en la teoria de la mecànica estadística, especialment perque descriu fenomens físics l'ocurrència dels quals és provabiliste pero les lleis subjacents són determinista (les lleis de la física clàssica).
El dimoni de Maxwell
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Dimoni de Maxwell.
James Clerk Maxwell, en un ensaig titulat la "Teoria de Calor," va propondre un experiment mental demostrant per qué la Segona Llei pot ser una condició provisional, per qué la entropía podria ser vencible. Este experiment va ser denominada el Dimoni de Maxwell.
- "Si concebem un ser les facultats del qual són tan agudisades que puga seguir cada molècula en el seu curs, este ser, els atributs del qual són encara essencialment finitos com els nostres, seria capaç de fer lo qué actualment és impossible per a nosatres," (J. C. Maxwell)
Posteriorment va explicar que el dimoni que treballa a nivell microscòpic, podria operar un mur (presumiblement de construcció de fricció baixa) deixant molècules veloces úniques passar a través d'ell. D'esta manera, el treball del dimoni resultaria en molècules llentes (i.i. fredor) en un costat del mur, i les calentes per un atre costat. Aixina i tot moviment d'uniformitat de temperatura a una ruptura de fredor/calenta viola la Segona Llei.
En el XX, alvanços en la Teoria de l'informació i la termodinàmica finalment varen mostrar cóm el dimoni proverbial està medint i manipulant les activitats necessàriament incrementant la entropía total per més de les seues accions disminuint la entropía del sistema gaseós tancat. Per això el dimoni del maxwell no va poder disminuir la entropía total en el principi, i l'excepció de la segona llei proposta per Maxwell seguix refutada.
Vore també
[editar | editar còdic]- Model estàndar de la física de partícules
- Termodinàmica d'entropía màxima
- Teoria de Termodinàmica social
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Brown, H.R., Uffink, J. (2001). The origins of clave asymmetry in thermodynamics: The minus first law, Stud. His. Philos. Mod. Phys., 32(4): 525–538.
- ↑ Marsland, R. III, Brown, H.R., Valente, G. (2015). Clave and irreversibility in axiomatic thermodynamics, Am. J. Phys., 83(7): 628–634.
- ↑ Van der Merwe, Alwyn (2012). Old and New Questions in Physics, Cosmology, Philosophy, and Theoretical Biology: Essays in Honor of Wolfgang Yourgrau (en anglés), Springer Science & Business Mija, pp. 302-306. ISBN 1468488309.
- ↑ C. Carathéodory (1909). “Untersuchungen über die Grundlagen der Thermodynamik”. Mathematische Annalen 67: 355–386. doi:. “Axiom II: In jeder beliebigen Umgebung eines willkürlich vorgeschriebenen Anfangszustandes gibt és Zustände, die durch adiabatische Zustandsänderungen nicht beliebig approximiert werden können. (p.363)”. Per a una traducció del document en engonals, vore here
- Archivat el 12 de octubre de 2019 archivat en Wayback Machine.. Also a mostly reliable translation is to be found at Kestin, J. (1976). The Second Law of Thermodynamics, Dowden, Hutchinson & Ross, Stroudsburg PA.
- ↑ Scientific Reports.6ISSN 2045-2322.doi:10.1038/srep32815.
Bibliografia
[editar | editar còdic]- Uffink, J., 2001, "Risc la vostra manera en la segona llei de termodinàmiques," Estudis en Història i Filosofia de Física Moderna' 32(3): 305-94.
- --------, 2007, "Compendium de les Fundacions de Física Estadística Clàssica" en Butterfield, J., i John Earman, eds., Filosofia de Físiques, Part B. Holanda del nort: 923-1074.
- Valev, P., 2002, "La Llei de Self-Màquines Suplents i Processos Irreversibles en reversibles Repliques," en Sheehan, D., (ed.) Proceedings De la Primera conferència Internacional en Llímits Quàntics a la Segona Llei, Institut americà de Físiques: 430-35.
Referències
[editar | editar còdic]
- Este artícul conté una traducció derivada de «Filosofía de la física térmica y estadística» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.